3.3.2 Тепловий розрахунок та елементи конструктивного

розрахунку апарату

Метою теплового розрахунку є визначення кінцевих температур газу і рідини.

Витрати теплоти в наслідок поглинання амоніаку водою визначаються з формули:

[4, с.209]

де - диференційна теплота розчинення амоніаку у воді, Дж/кг

кДж/моль [4, с.209]

Дж/кг

Абсорбер працює в адіабатичному режимі. Вся теплота витрачається на нагрівання газу і поглинача. Постілька питома теплоємність газу менш за питому теплоємність поглинача приблизно у чотири разу, то газ нагрівається у меншому ступеню. Приймаємо кінцеву температуру газу з інтервалу 30 – 35^оС ( ) и уважаємо, що вся теплота, яка виділяється у наслідок протікання процесу йде на нагрів поглинача, тоді

Відкіля

де с – питома теплоємність поглинача, Дж/(кг К).

с = 4190 Дж/(кг К) [1, с.808]

^оС

Тоді розрахуємо середні температури газу і поглинача.

Середня температура газу: ^оС

Середня температура поглинача: ^оС

Діаметр абсорберу розраховуємо з рівняння витрат:

,

відкіля

де ω – фіктивна швидкість газу, м/с;

ρ – щільність газу при , кг/м³;

S – площа перетину апарату, м²;

V_τ – об’ємні витрати газової суміші в апараті, м³/с

Щільність газу визначаємо з формули:

де ρ_о – щільність газу при нормальних умовах, кг/м³;

Т_о, Т – температура газу при нормальних і робочих умовах відповідно, К;

р_о, р – тиск у апараті при нормальних і робочих умовах відповідно, МПа.

кг/м³

Фіктивна швидкість газу визначається із відношення:

[1, с.613]

де - швидкість газу, яка відповідає началу підвисання

поглинача, м/с.

[4, с.212]

де Re_Г – критерій Рейнольда, значення котрого відповідає началу підвисання.

μ_Г – в’язкість інертного газу, Па с

[1, с.808]

f – питома поверхня насадки, м²/м²

[1, с.610]

де Ar – критерій Архімеду

[1, с.611]

де - еквівалентний діаметр насадки, м;

- щільність поглинача, кг/м³

кг/м³ [1, с.804]

[4, с.213]

де - вільний об’єм насадки, м³/м²

Приймаємо у якості насадки керамічні кільця Рашига розміром , котрі укладаємо безладно. Характеристика насадки:

= 0,785 м³/м², f = 90 м²/м² [1, с.598]

м

м/с

м/с

м

За даними [5, с.197] обираємо стандартний діаметр D = 800 мм

Оптимальна щільність зрошення розраховується за формулою:

де q_еф– коефіцієнт. Для кілець Рашига

м²/с [4, с.198]

м³/(м² с)

Робоча щільність зрощення визначається за формулою:

[1, с.613]

м²

м³/(м² с)

, отже насадка змочена повністю. Коефіцієнт змочування ψ = 1

Висоту апарата визначаємо за формулою:

Н = Н_н + h₁ + h₂ + h₃

де Н_н – висота шару насадки, м;

h₁ – відстань від верху насадки до кришки, м;

h₂ – відстань від низу насадки до днища, м;

h₃ – відстань між шарами насадки, м.

Висоту насадки визначаємо за формулою:

Н_н =

де n – число одиниць переносу;

h – висота одиниць переносу.

Число одиниць переносу визначаємо за формулою:

де - рухома сила процесу.

де - рівноважна відносна масова частка амоніаку в газової фазі на вході і виході з апарата, кг/кг.

[1, с.591]

де р^* - рівноважний парціальний тиск амоніаку в газової суміші, Па

р – загальний тиск у апараті, Па

З закону Генрі р^* =

При МПа [1, с.826]

МПа [1, с.826]

Тоді = МПа

= МПа

кг/кг

кг/кг

Висоту одиниць переносу визначаємо за формулою:

де h_г – висота одиниць переносу для газової фази, м;

h_п – висота одиниць переносу для рідкої фази, м;

R – коефіцієнт пропорційності.

Висоту одиниць переносу для газової фази визначаємо за формулою:

де а – коефіцієнт, а = 8,13 [1, с.826];

ψ – коефіцієнт змочування насадки;

- критерій Прандтля для газу.

де D_Г – коефіцієнт дифузії амоніаку у повітрі, м²/с

де D_o – коефіцієнт дифузії амоніаку у повітрі при нормальних умовах, м²/с. D_о = м²/с [3, с.515]

м²/с

м

Висота одиниць переносу для рідкої фази визначається за формулою:

де δ_прив – приведена товщина плівки, м;

Re_П – критерій Рейнольда для рідини;

Pr_П – критерій Прандтля для рідини

де W – масова швидкість поглинача, кг/(м² с)

кг/(м² с)

μ_П – в’язкість поглинача при , Па с

Па с [1, с.806]

де D_П – коефіцієнт дифузії амоніаку у воді, м²/с

[1, с.806]

де D₂₀ – коефіцієнт дифузії амоніаку у воді при температурі 20^оС, м²/с. D₂₀ = м²/с [3, с.252]

м²/с

м

м

Визначаємо коефіцієнт пропорційності

Тоді м

Н_Н = м

Приймаємо висоту насадки з запасом 20%, тоді

м

Приймаємо 7 шарів насадки по 4 метра, тоді

h₃ = м

h₁ = м

h₂ = , приймаємо h₂ = 2,0 м

Тоді

Н = 28,0 + 0,8 + 2,0 + 2,4 = 33,2 м